JPS63229381A - 半導体制御素子内の分担電流計測法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体制御素子内の電流計測法に係り、特に小
容量の単位素子の多数並列接続によって大容量化された
自己消弧素子内の分担電流を調べるに好適な計測法に関
する。

〔従来の技術〕

制御信号によってターンオン、ターンオフが可能な自己
消弧素子（例えばＧＴＯ，トランジスタ）は、一般に小
容量の単位素子の並列接続によって構成されており、そ
の並列数を増すことで大容量化されるが、この場合単位
素子同志の並列動作に均一性を保つことが重要である。

素子内の単位素子同志の並列動作状態を観測することか
出来れば、素子を製作するものにとって八 は並列動作の不均一要因を解決する大きな手掛りが得ら
れる。また、素子を使用するものにとっても素子の破壊
限界が予測出来るようになることから素子能力を充分に
生かした回路設計が出来るようになる。しかしこれまで
素子内の分担′市流を直接測定する方法はみられない。

素子内の単位素子同志の並列動作状態を観測する方法と
しては、イメージコンバータを用いた例が発表（電気学
会全国大会Ｎα４７７　（１９８６）　）されている。

しかしこの方法は素子の表面から出てくる赤外線を測定
するため、素子の実装状態とからなり異なった状態でし
か観測できない。すなわち、実装時には単位素子同志を
圧接接続する電極で素子の表面は隠れており、観測する
ためには圧接電極を取り除き素子表面を露出する必要が
あった。このため電極構成は実装時と大幅に異なった状
態でしか実現しない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

素子間の並列動作は、組合せる素子の特性と共に、並列
接続する配線の状態が大きく左右することから、上記の
方法では実装した素子内の並列動作状態を把握するのに
充分でなかった。

本発明の目的は、半導体制御素子内の分担電流を実装時
と近似状態で測定する方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、半導体制御素子の一方の主電極に圧接する
ポスト電極に細い溝を堀って、前記半導体制御素子との
圧接面を分割し、前記の溝に埋め込んだロゴウスキーコ
イルで電流を計測することによって達成できる。

〔作用〕

大容量の自己消弧素子の中の単位素子の一方の主電極は
それぞれ独立しており、それらは実装時にポスト電極で
圧接されることによって一体化される。従って、ポスト
電極に細い溝を堀っても、それが前記単位素子の一方の
主電極との接触部分でなければ、すなわち単位素子と単
位素子との間に細い溝が堀られていも、ポスト電極との
接触面積は実装の場合と変らない。

また、ポスト電極に溝を堀ると、その溝の形状によって
は素子との接触面の応力分布及びボス１−電極そのもの
の形状変形に影響を及ぼすことになるが、ロゴウスキー
コイルを出来るだけ細くすることによって電極に堀る溝
幅を細くし、かつロゴウスキーコイルを埋め込んだ後、
溝を樹脂で埋めることによって電極構成は実装と同等の
状態を実現できる。

ロゴウスキーコイルは磁束の変化を電圧として検出する
ものであるが、コイル外径を０．５φ　と細くしても充
分な出力が得られ、それを時間積分することによって電
流波形に変換できる。この計測法では、コイルを埋め込
む溝の位置を選択することによって、大容量の素子の中
の電流分布を実装と同等の状態で計測できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図（ａ）は、自己消弧素子である大容量ＧＴ○のカソー
ド側を圧接する電極に本発明を適用した例で、直径６５
ｎｙｎの圧接用電極１に５本の溝をリング状に堀っであ
る。そしてこの溝の中には第１図（ｂ）に示すようなコ
イルが埋め込んである。このコイルはロゴウスキーコイ
ルとして知られているものであり、今回このコイルの外
径は０．５ｎｎ＋　と細くしである。第１図（ｃ）が測
定試料である大容量ＧＴ○をカソード側から見た平面図
である。中心の白い部分がゲート電流を供給するゲート
電極の接触領域である。リング状に並んだ短冊状の１本
１本が単位素子のカソード電極である。これらは第１図
（ａ）の電極１が圧接されることによって、すべて並列
接続され１個の素子として動作することになる。ここで
実装時と異なる点は、圧接電極１にロゴウスキーコイル
を埋め込む溝を堀っであることであるが、ロゴウスキー
コイルを細くすることによって溝幅を狭くしであるため
、各単位素子のカソード電極に圧接電極の溝がかからな
いようにしである。このため、素子のカソード電極と圧
接電極との接触面積は実装の場合と同じになっている。

なお、圧接電極１に溝を堀ることによってＧＴＯのカソ
ード面での応力分布が変化することになるが、溝を０．
８画と狭くしてカソード電極との接触面積を実装と同じ
にすること、かつ溝を浅くすることで実装の場合と同等
の応力分布が得られることが応力計算の結果から明らか
になっている。

以上の様な電極構成でＧＴＯ素子を駆動し、素子内部の
分担電流を圧接電極に埋め込んだロゴウスキーコイルで
検出する。その測定例を第２図に示す。第１リングと名
称しであるのが圧接電極１の最内周の溝に埋めたロゴウ
スキーコイルで測定したものであり、順次外側のロゴウ
スキーコイルで測定した結果を第２〜６リングと名称し
である。

ロゴウスキーコイルは、磁束の変化、すなわち電流の時
間的変化を誘起電圧で検出するものであり。

その出力電圧を時間積分することによって第２図に示す
ような電流波形に変換することができる。

第２図の測定例は、リング状に配列された各単位素子群
の間で測定したものであり、各単位素子毎の分担電流は
それぞれの電流波形の差より求めることが出来る。

以上、実施例は電極１の圧接面をリング状に分割した例
で説明したが１分割形状を変えることによって任意の箇
所に流れる電流を計測できることは明らかであり１本発
明は電極形状に限定されるものではない。

次に本発明の計測法に用いたロゴウスキーコイルについ
て述べる。

ロゴウスキーコイルは、コイルを巻きもどして作られる
。これはコイル自体で出来る閉曲線でひろう磁束を打消
すためのものであり、コイルを巻きながら巻きもどして
もよい。ただし巻きもどす心線にはうず電流が流れるの
で、コイルの切口面積に対して充分に細い心線を使う必
要があるとされている。そこで目的とする素子内の分担
電流を測定するに適したコイルの切口径と心線径の関係
を間尺た結果、第３図に示す様な結果が得られた。

Ｏ印が通電電流と同等である場合、Ｘ印が通電電流と異
なる場合を示している。この結果より、心線外径を巻線
外径の約１／３．５　以下にすれば目的とする電流波形
を精度よく計測できることが分った。前述した実施例は
以上の様な実験結果に基づいて製作したロゴウスキーコ
イルを用いたものである。例えば心線径１００μｍ、そ
の被覆２０μｍの電線を用いると、上述の巻き方で出来
上り外径を０．５ｍ以下にできる。

以上述べたように心線径と巻線径の関係をキープするこ
とによって、細いロゴウスキーコイルの製作は容易に実
現できる。

なお、圧接電極１に溝を堀ると材質によっては徐々に電
極が変形するが、この電極変形は溝にコイルを埋めた後
、樹脂を埋めて固めることによって防止できる。そして
この樹脂で溝を固める方法を用いることによって、応力
分布の変化も押えられるので、溝幅を広げて（例えば２
ｍ幅）も分担電流の測定が可能となる。

〔発明の効果〕

以上の様に本発明の素子内の電流計測法は従来にない新
規な計測方法であり、本発明によれば、実装とほぼ同一
状態で素子内の電流分布が測定出来るので、単位素子間
の並列動作の不均一要因を定量的に分析できると共に、
限界特性の非破壊評価も可能となり、素子能力を充分に
生かした回路設計にも役立ることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、本発明の一実施例の圧接電極を示す図
、第１図（ｂ）は、ロゴウスキーコイルを示す図、第１
図（ｃ）は、試験素子（ＧＴＯ）のカソードパターンを
示す図、第２図は、本発明による測定例を示す図、第３
図は、本発明に用いたロゴウスキーコイルの切口径と心
線径の関係を説明するための図である。 １・・・圧接電極、２・・・リングゲート、３・・・ロ
ゴウス、（≧、 キーコイル、４・・・副室試料、５・・・単位素子。　
　　　ｌｌ・−。 （、Ｕ、・。 代理人　弁理士　小川勝馬　゛゛゛− 第１　困 （の） （ｂ） （Ｃ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、実装時に電極を圧接する半導体制御素子の圧接用の
   前記電極に溝を堀り、そこにロゴウスキーコイルを埋め
   込んだ後に、前記電極を前記半導体制御素子に圧接し、
   前記半導体素子を動作状態において前記半導体素子内の
   分担電流を計測することを特徴とする、前記半導体素子
   内の分担電流計測法。 ２、前記溝幅を２ｍｍ以下にして、そこにロゴウスキー
   コイルを埋め込んだ後に、さらに樹脂を埋め込んだこと
   を特徴とする、特許請求の範囲第１項記載の半導体素子
   内の分担電流計測法。 ３、前記ロゴウスキーコイルは心線径が巻線径の１／３
   ．５以下であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   及び第２項記載の半導体素子内の分担電流計測法。